Der Rechner. Grundbegriffe. Aufbau. Funktionsweise. Betriebssystem. Kategorisierung. PC-Komponenten. Prof. Dr. Aris Christidis

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1 Der Rechner Grundbegriffe Aufbau Funktionsweise Betriebssystem Kategorisierung PC-Komponenten

2 Auf der Grundlage eines Programms kann ein Computer Daten mit seiner Umgebung austauschen, mathematische und logische Operationen durchführen, E V A - Prinzip in Abhängigkeit von anfallenden Daten den Programmablauf zur Laufzeit verändern. d.h.: er denkt nicht mit! Er kann so mathematisch-logische Aufgaben lösen, wenn deren Lösungsweg entsprechend formuliert werden kann. Aus Anwendersicht ist der Computer ein System zusammenwirkender Hardware- u. Software-Komponenten.

3 Als System bezeichnen wir - Eine Menge von Komponenten (Gegenständen, Individuen, Größen, Prozessen, Ideen), - die untereinander in einer kausalen Wechselwirkung stehen - und von ihrer Umgebung entweder als abgeschlossen oder als in einer wohldefinierten Beziehung stehend betrachtet werden können - sowie die Gesamtheit der unter ihnen herrschenden Beziehungen. Im Sinne dieser Definition kann jedes System in beliebig viele Teil- oder Subsysteme zerlegt werden, sofern dies zweckmäßig erscheint.

4 Aus der ersten SysProg-Klausur (WS 01/02, Aufgabe 1b): Die (als ideal angenommene) Lotto-Ziehung erzeugt jede Woche einen neuen Satz (Gruppe) von 6 Zahlen. Dieser Satz ist wohldefiniert, abgeschlossen und unterscheidbar gegenüber allen anderen Zahlen-Sätzen aus anderen Ziehungen. Lassen sich diese Zahlensätze als Komponenten eines Systems auffassen (bestehend aus dem Zahlen-Satz der Ziehung vom..., der Ziehung vom... etc.)? Wenn ja: Beschreiben Sie ein solches System in wenigen Worten (nur besondere Merkmale); Wenn nein: Warum nicht? Läßt sich der Umstand beheben? Nein: Es fehlt ein kausaler Zusammenhang zwischen den Lotto- Ziehungen. Der Umstand läßt sich nicht beheben, weil die Ziehung der Lotterie nicht mehr zufällig wäre.

5 Die Existenz von Systemen ist meist mit der Erfüllung eines Zweckes verbunden (vgl. technische, politische, soziale, Regal-, Gleichungs- oder Planetensysteme). Ein Rechensystem (Computer) ist ein System zusammenwirkender Hardware- u. Software-Komponenten (s.o.). Hardware: Materielle Komponenten eines Rechners Gesamtheit o. Teil der apparativen Ausstattung von Rechensystemen (DIN ) - d.h.: physische, gegenständliche Bestandteile: Elektronik, Elektrik, Optik, Mechanik etc. Hardware-Dokumentation ist nicht Teil der Hardware!

6 Software: Immaterielle Komponenten eines Rechners Gesamtheit o. Teil der Programme für Rechensysteme, wobei die Programme zusammen mit den Eigenschaften der Rechensysteme den Betrieb der Rechensysteme, die Nutzung der Rechensysteme zur Lösung gestellter Aufgaben o. zusätzliche Betriebs- u. Anwendungsarten der Rechensysteme ermöglichen (DIN ) -d.h.: alle Programme und Daten Auch Firmware, d.h.: in Chips gespeicherte (veränderliche) Programme, notwendig für den Betrieb von Rechnern (z.b.: BIOS), ISDN-Adaptern, Modems u.ä.

7 Die technische Umsetzung der Beziehungen und Regeln für das Zusammenwirken zwischen Hardware- u./o. Software- Komponenten u./o. ihren Anwender/inne/n wird als die Schnittstelle zwischen den beteiligten Seiten bezeichnet. Zu Schnittstellen zählen u.a.: die Anschlüsse für externe Geräte wie Maus, Drucker, Scanner (serielle, parallele, SCSI etc.): Hw/Hw-Schnittstelle die Maschinenbefehle eines Rechners: Hw/Sw-Schnittstelle die Spezifikationen, mit denen Programme o. Disketten unter einem Betriebssystem verwendbar sind: Sw/Sw-Schnittstelle die Programmaufrufe für den Einsatz systemnaher Programme (z.b. zur Fenstererstellung) in Anwendungsprogrammen: Application Programming Interface Sw/Sw-Schnittstelle API die Menügestaltung, Dialogführung und sonstige Bedienung eines Programms: Mensch-Maschine-Schnittstelle MMI

8 Der innere Aufbau (Design) eines Systems, das Zusammenspiel (Interaktion) seiner Komponenten und seine Beziehung zu anderen Systemen wird als die Architektur des Systems bezeichnet; sie ist maßgeblich durch die Systemschnittstellen bestimmt. Systeme (Subsysteme, Komponenten), deren Schnittstellen sämtlich mit jenen eines anderen Systems übereinstimmen, heißen zu diesem System kompatibel und können entsprechend ganz o. teilweise an seiner Stelle eingesetzt werden. Kompatibilität sagt zunächst nichts über interne Struktur und Güte aus, sondern lediglich über das Verhalten nach außen.

9 Anmerkungen: Begriffe wie Expertensysteme, Künstliche Intelligenz etc. verstellen oft den Blick dafür, daß es sich auch hierbei um Lösungen handelt, die von Menschen für die Erledigung durch den Rechner konzipiert wurden. In den bisher untersuchten (UND-, ODER-,...-)Schaltungen stellten alle betrachteten Bauteile (Schalter, Leitungen,...) die Hw dar; die Schalterstellungen waren die Daten (0,1); sie bildeten zusammen mit den Plänen zur Veränderung ihrer Stellung die Sw. BIOS (Basic Input Output System): Software, die in einem Chip des Rechners dauerhaft gespeichert ist und sofort nach dem Einschalten ausgeführt wird, weil sie Grundfunktionen des Rechners ermöglicht z.b. Lesen von Tastatur, Ausgabe auf Monitor, Selbsttest, Laden von Programmen, diverse Initialisierungen (d.h.: Belegung von Flipflops u.a. Bauelementen mit Anfangswerten) etc. Ein Vergleich System- vs. Schnittstellen-Definition läßt folgern: Schnittstellen lassen sich als die technisch nutzbaren (zugänglichen) Grenzen der Computer-Subsysteme auffassen. Die (Doppel-)Namen von Schnittstellen spiegeln auch das Kräfteverhältinis zwischen den Beteiligten wider, indem sie die dominante Seite als erste benennen (vgl. Man Machine Interface ); entfällt der zweite Teil ganz, so handelt es sich i.d.r. um ein Diktat: Windows- Schnittstelle. Forderungen nach Einrichtung oder besonderer Beschaffenheit von Schnittstellen beeinflussen entscheidend die technische Realisierung eines Systems; deshalb gilt auch: Die Gesamtheit der Schnittstellen einer Systemkomponente wird als deren Architektur bezeichnet; die Gesamtheit der Architekturen aller Systemkomponenten zusammen mit den (System-System-) Schnittstellen zu anderen Systemen bilden die Systemarchitektur.

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